【正文】 μF） 1微法（ μF） = 1000納法（ nF） = 1000000皮法（ pF） 在電子線路中，電容用來通過交流而阻隔直流，也用來存儲和釋放電荷以充當(dāng)濾波器，平滑輸出脈動信號。盡管電容器品種繁多，但它們的基本結(jié)構(gòu)和原理是相同的。 現(xiàn)今的電容測量技術(shù)手段 電容器是一種能儲存電荷的容器．它是由兩片靠得較近的金屬片，中間 再隔以絕緣物質(zhì)而組成的．按絕緣材料不同，可制成各種各樣的電容器 .如：云母．瓷介．紙介，電解電容器等．在構(gòu)造上，又分為固定電容器和可變電容器．電容器對直流電阻力無窮大，即電容器具有隔直流作用 .電容器對交流電的阻力受交流電頻率影響，即相同容量的電容器對不同頻率的交流電呈現(xiàn)不同的容抗 .為開么會出現(xiàn)這些現(xiàn)象呢 \39。關(guān)于這一 點(diǎn)，在幾乎所有的研究機(jī)構(gòu)部門配置上即可窺其一斑。特別是隨著國內(nèi)應(yīng)用需求的快速增長，為這一過渡提供了根本動力，應(yīng)該利用這些動力，跟蹤應(yīng)用技術(shù)的快速發(fā)展。現(xiàn)在國內(nèi)外做傳感器的廠商也比較多 ,在世界范圍內(nèi)做電容傳感器做的比較好的公司有：日本 figaro、 德國 tecsis、 美國alphasense。本文介紹了用目前應(yīng)用比較廣泛的 STC89C52 系列單片機(jī)對周期波 頻率 進(jìn)行 測量 ，并通過 LCD 以數(shù)字形式直觀地示出 頻率 ， 實(shí)現(xiàn) 測量 的智能化，省去間接對 頻率 計算的麻煩與錯誤。 任務(wù)完成階段內(nèi)容及安排： 第一階段： 2021 年月 10 月 25日前畢業(yè)設(shè)計 (論文 )題目上報指導(dǎo)老師 第二階段： 2021 年月 11 月 5 日前 接受畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書，學(xué)習(xí)畢業(yè)設(shè)計 (論文 )要求及有關(guān)規(guī)定 ，收集資料、開始撰寫 開題報告。 參考資料： 數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子電路、單片機(jī)原理及應(yīng)用、數(shù)字電路設(shè)計、電子儀表原理、 完 成 期 限： 指導(dǎo)教師簽名： 評審小組負(fù)責(zé)人簽名： 年 月 日 數(shù)字電容測量儀 II 鄭州科技學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 開題報告表 課題名稱 數(shù)字電容測量儀的設(shè)計 指導(dǎo)教師 學(xué)生姓名 學(xué) 號 202129004 專 業(yè) 機(jī)電一體化 開題報告內(nèi)容： 課題來源：指導(dǎo)老師 設(shè)計目的：加深對電子電路知識的理解，掌握單片機(jī)的原理及應(yīng)用，掌握電容數(shù)字測量儀的構(gòu)成、原理和設(shè)計方法，熟悉集成電路的使用方法。電容既不產(chǎn)生也不消耗能量，是儲能元件。最初的電容傳感器有變面積型，變介質(zhì)介電常數(shù)型和變極板間型。本土儀器設(shè)備廠商只是重研發(fā)，重視生產(chǎn)，重視狹義的市場，還沒有建立起一套完整的現(xiàn)代營銷體系和面向應(yīng)用的研發(fā)模式。上述這些都是制約本土儀器發(fā)展的因素。隨著模塊化和虛擬技術(shù)的發(fā)展，為中國的測試測量儀器行業(yè)帶來了新的契機(jī)，加上各級政府日益重視，以及中國自主應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)研究的快速進(jìn)展，都在為該產(chǎn)業(yè)提供前所未有的動力和機(jī)遇。對已充電的電容器，如果我們用導(dǎo)線將兩個極板連接起來，由于兩極板間存在的電位差，電子便會通過導(dǎo)線，回到正極板上，數(shù)字電容測量儀 3 直至兩極板間的電位差為零．電容器又恢復(fù)到不帶電的中性狀態(tài) ,導(dǎo)線中也就沒電流了．電容器的放電過程如圖 3所示．加在電容器兩個極 板上的交流電頻率高，電容器的充放電次數(shù)增多；充放電電流也就增強(qiáng)；也就是說．電容器對于頻率高的交流電的阻礙作用就減小 ,即容抗小 ,反之電容器對頻率低的交流電產(chǎn)生的容抗大．對于同一頻率的交流電電．電容器的容量越大，容抗就越小，容量越小 ,容抗就越大 . 電子制作中需要用到各種各樣的電容器，它們在電路中分別起著不同的作用。 不同的電容器儲存電荷的能力也不相同。 把電容器的兩個電極分別接在電源的正、負(fù)極上，過一會兒即使把電源斷開，兩個引腳間仍然會有殘留電壓（學(xué)了以后的教程，可以用萬用表觀察），我們說電容器儲存了電荷。發(fā)燒友制作 HiFi音響，都要用至少 1萬微法以上的電容器來濾波，濾波電容越大，輸出的電壓波形越接近直流，而且大電容的儲能作用，使得突發(fā)的大信號到來時，電路有足夠的能量轉(zhuǎn)換為強(qiáng)勁有力的音頻輸出。首先是耐壓的問題。這種方法中應(yīng)用了 555 芯片組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，在秒脈沖的作用下產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，來控制門電路實(shí)現(xiàn) 計數(shù)，從而確定脈沖時間，通過設(shè)計合理的電路參數(shù)，使計數(shù)值與被測電容相對應(yīng)。 STC89C52 555 晶振電路 被 測 電 容 LCD1602 顯示 復(fù)位電路 測量按鍵 數(shù)字電容測量儀 7 方案比較，做出選擇 電容器作為非常重要的一個電學(xué)元件在現(xiàn)代電子技術(shù)中有著非常廣泛的用途，電容定義為：電容器所帶的電荷量 Q 與電容器兩極板間的電勢差 U的比值，即： QC U? 。數(shù)字電容測量儀 8 3 測量儀的結(jié)構(gòu)原理器件介紹 單片機(jī) STC89C52的介紹 STC89C52 是一種帶 8K 字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲器（ FPEROMFlash Programable and Erasable Read Only Memory ）的低電壓，高性能 COMOS8 的微處理器，俗稱單片機(jī)。對外部振蕩信號無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于 12MHz 的方波信號。 （ a）內(nèi)部方式時鐘電路 （ b）外部方式時鐘電路 圖 3— 2時鐘電路 （ 1）復(fù)位操作 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號 (RST)送至施密特觸發(fā)器，再由片內(nèi)復(fù)位電路在每個機(jī)器周期的 S5P2 時刻對施密特觸發(fā)器的輸出進(jìn)行采樣，然后才得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。 ④ 可編程輸入 /輸出引腳（ 32 根） STC89C52 單片機(jī)有 4 組 8 位的可編程 I/O 口，分別位 P0、 P P P3 口，每個口有 8 位（ 8 根引腳），共 32 根。 4 腳是復(fù)位端，當(dāng) 4 腳接入低電平時，則 o U =0；數(shù)字電容測量儀 13 正常工作時 4 接為 高電平。一般用自然語言給定一個需求集，預(yù)先作非正式設(shè)計，常常用流程圖的形式說明，接著開始編碼，當(dāng)系 統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時設(shè)計還需修改。 程序設(shè)計算法 整個程序設(shè)計過程中遇到的最大的問題的如何根據(jù)測量到的方波的頻率來計算所測量的電容的大小。由于它簡單直觀，所以應(yīng)用廣泛，特別是在早期語言階段，只有通過流程圖才能簡明地表 述算法，流程圖成為程序員們交流的重要手段。 程序見附錄 。在為期一個月的課程設(shè)計中，通過查閱大量的圖書資料，咨詢指導(dǎo)老師和周圍的同學(xué)，最終我得到了比較滿意的設(shè)計結(jié)果。 在此特別感謝我的指導(dǎo)老師，在此次設(shè)計中給予我很多幫助，并對我要求嚴(yán)格，在各方面對我進(jìn)行細(xì)心指導(dǎo)，在此表示誠摯的致意和衷心的感謝。 unsigned int T_flag,N,C,i,Dis1,Dis0。 } /*************** *****************/ void Checkstates() 數(shù)字電容測量儀 23 { unsigned char dat。 _nop_()。 EN=1。 RW=0。 } /***************** ********************/ void LCDINIT() { Delay1ms(15)。 Delay1ms(5)。 Delay1ms(1)。 Delay1ms(1)。 _reset=0。 } if(N5000) { b[3]=0X11。 } } void int0(void) interrupt 0 { T_flag=!T_flag。 TL0=0x00。 } if(T_flag==0) { TR0=0。 數(shù)字電容測量儀 28 } if(N=100 amp。 _reset=1。 } void main() { IE=0x81。 數(shù)字電容測量儀 26 Delay1ms(1)。 } /*********** **************/ void Display(void) { unsigned char i,j。 數(shù)字電容測量儀 25 Delay1ms(5)。 EN=1。 _nop_()。 }while((datamp。 RW=1。 /*********** ******************/ void Delay1ms(unsigned int mm) {unsigned int i。 還要特別感謝我的同學(xué)，正是與他們在許多問題上的交流、討論，在他們的幫助之下，我的論文才得以順利完成。首先，我對個元器件的原理及性能有了更深入的理解和認(rèn)識，較好的掌握了電容數(shù)字測量儀的設(shè)計、組裝與調(diào)試方法，熟悉了相應(yīng)的中大規(guī)模集成電路的方法，進(jìn)一步掌握了其工作原理。 所以本次的方案算然說不能過非常精確的測出結(jié)果來，但是相比較一些能夠測出比較精確結(jié)果的電路來，本電路是實(shí)現(xiàn)起來很容易，測量結(jié)果也比較準(zhǔn)確，實(shí)際操作中比較有保障的一種電路。圖 4— 2為整個程序設(shè)計的流程。 簡單時序圖如下。 設(shè)計任務(wù) 軟件設(shè)計主要是針對硬件設(shè)計里面的控制部分的，這里指 AT89C51單片機(jī)，一般的單片機(jī)均可用匯編語言和 C語言進(jìn)行編程。如果不在 5 腳外加電壓通常接 F 電容到地，起濾波作用，以消除外來的干擾，確保參考電平的穩(wěn)定。 表 STC89C52 主要功能 主要功能特性 兼容 MCS51 指令系統(tǒng) 8K 可反復(fù)擦寫 Flash ROM 32 個雙向 I/O 口 256x8bit 內(nèi)部 RAM 3 個 16 位可編程定時 /計數(shù)器中斷 時鐘頻率 024MHz 2 個串行中斷 可編程 UART 串行通道 2 個外部中斷源 共 6 個中斷源 2 個讀寫中斷口線 3 級加密位 低功耗空閑和掉電模式 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 555 定時器的工作原理 555定時器原理圖及引線排列如圖 1 所示。 數(shù)字電容測量儀 11 上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖 3— 4（ a）所示。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵重新啟動。 示， RX